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浅谈钢结构高强螺栓的施工质量控制

发表时间：2020/6/17 来源：《基层建设》2020年第6期作者：尹立军

[导读] 摘要：目前，在钢结构施工中，对高强螺栓的质量控制不严，检验不规范。

        身份证号码：13233719790206xxxx 河北石家庄 050600
        摘要：目前，在钢结构施工中，对高强螺栓的质量控制不严，检验不规范。现有必要从高强螺栓的特点、安装工艺要求、质量控制要点等问题，结合现场钢结构施工中出现的有关情况，进行分析，避免施工过程中易出现的质量问题，提高现场高强螺栓的施工安装质量。
        关键字：高强螺栓；临时螺栓；摩擦面
        1 高强螺栓的施工流程
        高强螺栓的施工流程：高强螺栓轴力试验→连接面摩擦系数检验→检查清理连接面→安装构件定位（临时螺栓固定）→校正钢构→紧固临时螺栓→检查连接面缝隙→检查扭矩扳手→安装高强度螺栓（同时换掉临时螺栓）→初拧→按要求顺序终拧→检查并做出标记和纪录→验收。
        2 材料高强度螺栓检验
        高强螺栓分为高强度大六角头螺栓连接副、扭剪型高强度螺栓连接副。高强度大六角头螺栓连接副应由一个螺栓、一个螺母和两个垫圈组成；扭剪型高强度螺栓连接副应由一个螺栓、一个螺母和一个垫圈组成。
        高强度螺栓连接副应按批配套进场，并附有出厂质量保证书，高强度螺栓连接副应在同批内配套使用。高强度螺栓进场时，随机取样，按照现行《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T1231-2006或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632-2008的规定按批进行进场检验，对进场高强度螺栓试验全部进行见证，保证高强螺栓进场质量合格率。
        高强度大六角头螺栓连接副应进行扭矩系数、螺栓楔负载、螺母保证载荷检验；扭剪型高强度螺栓连接副应进行紧固轴力、螺栓楔负载、螺母保证载荷检验。
        高强度螺栓连接副在运输、保管过程中，应防雨防潮，并轻装、轻卸，防止损伤螺纹。高强度螺栓连接副在安装使用前严禁随意开箱。高强度螺栓连接副的保管时间不应超过6个月，当保管时间超过6个月后使用时，必须按要求重新进行扭矩系数或紧固轴力试验，检验合格后，方可使用。
        3 摩擦面技术要求
        1）根据高强度螺栓连接的原理,钢结构板层间的摩擦系数将大大影响节点的承载力，在相同的预拉力下，磨擦系数越大，板层间的摩擦力越大，钢结构的连接就更为安全可靠。要增大摩擦系数就必须对钢板的接触面进行表面处理，以达到设计要求。
        2）进场后安装之前应依照《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》JGJ82-2011规定进行高强度螺栓连接副和摩擦面的抗滑移系数试验。摩擦面要求喷砂，摩擦面抗滑移系数应不小于设计规定值。
        3）经处理后的摩擦面应在油漆之前采取保护措施，使用胶带粘贴螺栓孔位置，防止沾染赃物和油污。安装前进行清理，严禁在摩擦面上做任何标记。经处理后的摩擦面应按《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定进行抗滑移系数试验，试验结果满足设计文件的要求。
        4）摩擦面应平直，翘曲、变形必须进行校正，确保摩擦面的紧贴，紧贴面积要在70%以上，用0.3mm塞尺检查，插入深度面积之和不得大于总面积的30%，边缘最大间隙不得大于0.8mm，摩擦面板边、螺栓孔边应无毛刺，摩擦面严禁有氧化铁皮、毛刺、焊疤、油漆和油污等，表面应呈铁色，并且无明显的不平，处理好的摩擦面必须进行防护。
        5）若摩擦面采用生锈处理方法时，安装前应以细钢丝垂直于构件受力方向刷除摩擦面上的浮锈。
        6）因板厚公差、制造偏差或安装偏差等产生的接触面间隙，当间隙值小于1mm时，可不处理；当间隙值为1.0～3.0mm时，应将高出一侧磨成1:10的斜面，打磨方向应与受力方向垂直；当间隙值大于3.0mm时，应加垫板，垫板两面的处理方法与摩擦面相同。
        4 钢构部件组装
        1）在组装之前，高强度螺栓连接的板迭接触面应平整，并保持摩擦面干燥、整洁。连接表面必须进行清理，除去浮锈、油渍、油漆或其它污染物。
        2）钢构件经检查合格后进行螺栓装配，对每一个连接接头，应先用临时螺栓或冲钉定位，为防止损伤螺纹引起扭矩系数的变化，严禁把高强度螺栓作为临时螺栓使用。
        对一个接头来说，临时螺栓和冲钉的数量原则上应根据该接头可能承担的荷载计算确定，并应符合下列规定：
        ①不得少于节点螺栓总数的1/3；
        ②不得少于两个临时螺栓；
        ③冲钉穿入数量不宜多于临时螺栓数量的30%。
        3) 高强度螺栓的穿入，应在结构中心位置调整后进行，其穿入方向应以施工方便为准，力求一致。安装时要注意垫圈的正反面，即螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧；对于大六角头高强度螺栓连接副靠近螺栓头一侧的垫圈，其有倒角的一侧朝向螺栓头。
        4）高强度螺栓的安装应能自由穿入孔，严禁强行穿入。当不能自由穿入时，该孔应用铰刀进行修整，修整后孔的最大直径不应大于1.2倍螺栓直径，且修孔数量不应超过该节点螺栓数量的25% 。修孔时，为了防止铁屑落入板叠缝中，铰孔前应将四周螺栓全部拧紧，使板叠密贴后再进行，严禁气割扩孔。
        5）安装高强度螺栓时，构件的摩擦面应保持干燥，不得在雨中进行作业。
        5 螺栓安装及检查
        高强螺栓全部安装就位后，应采用专用扳手施拧，可以开始紧固，紧固方法一般分两次进行，即初拧和终拧，应将全部高强螺栓进行初拧，初拧扭矩应为标准扭矩的50%，第二次紧固为终拧，终拧宜用电动扳手，大六角高强度螺栓要紧固到标准值，偏差不大于±10%，扭剪型高强度螺栓应将梅花卡头拧掉。
        为了使紧固工作毫无干扰地有序进行，且使螺栓的应力正确均匀地分布，施拧应按一定的顺序进行施工，宜由螺栓群中央位置顺序向外拧紧，并应在当天终拧完毕。终拧后的高强螺栓应外漏2~3扣。因为连接钢板翘曲不牢时，如从两端向中间紧固，有可能使拼接板中间鼓起而不能紧贴，从而失去部分摩擦传力作用。
        1）大六角头高强螺栓的设计预拉力由螺栓的有效面积和钢材的屈服强度决定。在实际安装过程中，由于各种因素的影响，一般将螺栓设计预拉力P提高10%作为实际施工预拉力Pc，并且要求施工预拉力误差不大于±10%，以保证紧固后螺栓实际预拉力满足要求。
        扭矩法施工，根据扭矩系数k、螺栓预拉力P计算确定施工扭矩值，使用扭矩扳手（手动、电动、风动）按施工扭矩值进行终拧；初拧后应对螺母涂画颜色标记，终拧后对螺母涂画另一种颜色标记。
        表1 一个高强度螺栓的设计预拉力P（KN）

        施工用的扭矩扳手使用前应进行校正，其扭矩相对误差不得大于±5%；校正用的扭矩扳手，其扭矩相对误差不得大于±3%。施拧时，应只在螺母上施加扭矩。
        终拧扭矩     Tc=k Pc d
        式中 Tc—施工终拧扭矩(N•m)；
        k—高强度螺栓连接副的扭矩系数平均值，取0.110-0.150（现场复验测得的扭矩系数平均值）；
        Pc—高强度螺栓施工预拉力(KN)，可按单个螺栓设计预拉力的1.1倍取用，Pc=1.1P；
        d—高强度螺栓公称直径(mm)。
        表2 高强度大六角头螺栓施工预拉力Pc（KN）

        扭矩法质量检查：应检查终拧颜色标记，并应用0.3kg 重小锤敲击螺母对高强度螺栓进行逐个检查；大六角头高强螺栓终拧完成1h后，24h内进行终拧扭矩检查，检查用的扭矩扳手，其相对误差不得大于±3％。按节点数抽查10%，且不少于10个节点；每个被抽节点按螺栓数抽查10%，且不应少于2个；发现有不符合规定时，应再扩大1倍检查；仍有不合格者时，则整个节点的高强度螺栓应重新施拧。检查时应先在螺杆端面和螺母上画一直线，然后将螺母拧松约60°，再用扭矩扳手重新拧紧，使两线重合，测得此时的扭矩应为0.9Tch～1.1Tch 范围内。
        检查扭矩Tch 可按下式计算：
        Tch = k P d
        式中 Tch—检查扭矩(N•m)；
        P —高强度螺栓设计预拉力(KN)；
        d —高强度螺栓公称直径(mm)。
        2）扭剪型高强度螺栓连接副应采用专用电动扳手施拧，施工时应符合下列规定：
        施拧应分为初拧和终拧，初拧扭矩值取Tc=0.065 Pc d，
        式中 Pc——螺栓轴力，即螺栓预拉力（现场复验测得的紧固轴力平均值）；
        或按下表选用；
        表3 扭剪型高强度螺栓初拧扭矩值（N•m）

        初拧后应对螺母作颜色标记，用专用扳手进行终拧，直至拧掉螺栓尾部梅花头为准，对于个别不能用专用扳手进行终拧的螺栓，可按参考大六角头高强度螺栓的施工方法进行终拧，扭矩系数k取0.13。
        质量检查：扭剪型高强度螺栓终拧检查，以目测尾部梅花头拧断为合格。对于不能用专用扳手拧紧的扭剪型高强度螺栓，应按大六角头高强螺栓的规定进行终拧紧固质量检查。
        6 结语
        综上分析，对高强螺栓制造、安装、检验做出的各项规定，都是出自高强螺栓的特点及摩擦型连接的要求，要求正确理解，严格执行，以保证高强螺栓摩擦型连接钢结构的安装质量。
        参考文献：
        1. GB/T1231-2006 《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》[S]. 北京：中国标准出版社，2006.
        2. GB/T3632-2008 《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》[S]. 北京：中国标准出版社，2008.
        3. JGJ82-2011 《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》[S]. 北京：中国建筑工业出版社 2011.
        4. GB50205-2001 《钢结构工程施工质量验收规范》[S]. 北京：中国计划出版社，2002.